2026-11-09 理化学研究所
理化学研究所などの研究グループは、植物細胞内で損傷した葉緑体を選択的に分解する仕組み「クロロファジー」の生理的役割を明らかにした。植物は強い光を受けると、葉緑体を細胞内で移動させて光を避けたり、余分な光エネルギーを熱として放散したりして損傷を防ぐ。しかし、これらの防御機構でも回復できない葉緑体は、オートファジーによって液胞へ運ばれ、分解される。研究チームは、蛍光プローブ、蛍光寿命顕微鏡（FLIM）、電子顕微鏡を組み合わせ、シロイヌナズナの同一細胞内にある葉緑体を個別に評価する手法を構築した。その結果、クロロファジーの対象となるのは、光合成能力を失い、活性酸素種を生じやすくなった機能不全葉緑体であることを確認した。損傷葉緑体の除去は、活性酸素を伴う異常な葉緑体の蓄積を防ぎ、細胞内の葉緑体集団全体の健全性を維持する役割を持つと考えられる。
同一細胞内で隣接する機能不全葉緑体と健全葉緑体の電子顕微鏡像
＜関連情報＞
- https://www.riken.jp/press/2026/20261109_2/index.html
- https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71688
葉緑体食作用は、光阻害によって不可逆的に損傷を受けた葉緑体を標的とする Chlorophagy targets chloroplasts irreversibly damaged by photoinhibition
Sakuya Nakamura, Daisuke Takagi, Shuhei Kusano, Kazuya Kodama, Mayumi Wakazaki, Mayuko Sato, Kiminori Toyooka, Shigeichi Kumazaki, Toshiharu Shikanai, Hiroyuki Ishida, …
New Phytologist Published: 09 November 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/nph.71688
Summary
- Chlorophagy removes photodamaged chloroplasts in plants, while individual chloroplasts are also protected by mechanisms that limit damage to the photosynthetic apparatus caused by excess light energy, known as photoinhibition. How chlorophagy is functionally coupled with chloroplast-level protective mechanisms during acclimation to photoinhibition remains unclear.
- We investigated acclimatory responses to photoinhibition at the intracellular level in Arabidopsis thaliana through an integrative analysis combining Chl fluorescence measurements, microscopy imaging, and genetic analyses using mutants defective in nonphotochemical quenching (NPQ) or the chloroplast avoidance response. The functionality of individual chloroplasts was further assessed by Chl fluorescence lifetime imaging and probe-based visualization of singlet oxygen and starch.
- Severe photoinhibition of photosystem II precedes the appearance of abnormally swollen chloroplasts, which are subsequently recognized by the autophagy machinery for degradation. The swollen chloroplasts represent irreversibly damaged chloroplasts that accumulate reactive oxygen species and lose photosynthetic function. The formation of these nonfunctional chloroplasts was enhanced in mutants defective in NPQ or the chloroplast avoidance response, and hyperaccumulation of nonfunctional chloroplasts led to necrotic cell death.
- Together, our findings illustrate how multilayered responses coordinate acclimation to photoinhibition: Chloroplast protective mechanisms minimize the formation of nonfunctional chloroplasts while chlorophagy removes them when they arise.
